KR20200051672A - 절연막의 성막 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR20200051672A
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Abstract

본 발명은, 기판 상에 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 도포막으로서 형성하는 데 있어서, 양호한 막질이 얻어지는 기술을 제공하는 것이다. 폴리실라잔을 포함하는 도포액을 웨이퍼(W)에 도포하고, 도포액의 용매를 휘발시킨 후, 큐어 공정을 행하기 전에, 질소 분위기에서 상기 도포막에 자외선을 조사하고 있다. 이 때문에 폴리실라잔에서의 미리 가수분해되는 부위인 실리콘에 미결합손이 생성된다. 그 때문에 가수분해에 필요한 에너지가 저하되므로, 큐어 공정의 온도를 350℃로 했을 때도, 가수분해되지 않고 남는 부위가 적어진다. 그 결과 효율적으로 탈수 축합이 일어나므로, 가교율이 향상되어 치밀한(양질의 막질인) 절연막을 성막할 수 있다. 또한 상기 도포막에 자외선을 조사한 후 도포막의 표면에 보호막을 형성함으로써, 큐어 공정 전의 미결합손의 반응을 억제할 수 있어, 도포막의 막질이 양호해진다.

Description

절연막의 성막 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리 시스템
본 발명은, 기판 상에 산화 실리콘을 포함하는 도포막이며, 가교 반응에 의해 경화되는 절연막을 성막하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정 중에는, 실리콘 산화막 등의 절연막을 성막하는 공정이 있고, 절연막은, 예를 들어 플라스마 CVD나, 도포액의 도포 등에 의한 방법에 의해 성막된다. 플라스마 CVD에 의해 성막된 절연막은 치밀하여 양질의 막이 얻어지는 이점이 있지만, 매립성이 나쁘다. 그 때문에 예를 들어 STI(쉘로우 트렌치 아이솔레이션)라고 불리는 미세한 홈에 절연물을 매립하는 경우에 적합하지 않다. 따라서, 플라스마 CVD와, 에치 백을 반복해서 행하여, 서서히 간극이 생기지 않도록 매립해 나갈 필요가 있는 등, 성막 프로세스가 번잡해지거나, 진공 처리를 행하기 위해서 대규모의 장치가 필요하게 된다.
또한 예를 들어 스핀 코팅 등에 의해 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 도포액을 도포하고, 도포막을 큐어해서 절연막을 성막하는 방법은, 매립성이 양호해서, STI 등 미세한 패턴에도 절연막을 충전하기 쉽다. 또한 상압 분위기에서 처리를 행할 수 있는 이점이 있지만, 막의 강도가 비교적 낮아진다는 과제가 있다. 이 때문에 예를 들어 600℃ 내지 800℃에서 도포막을 열처리(큐어)하여 막의 강도를 높게 하고 있다.
그러나 패턴의 미세화에 수반하여, 제조되는 반도체 장치에 대한 열 이력을 가능한 한 낮게 억제하려는 요청이 있어, 예를 들어 층간 절연막을 성막하는 경우, 구리(Cu) 배선의 마이그레이션, Cu의 확산 등의 관점에서 400℃보다도 고온으로 할 수 없다. 그 때문에 도포액의 도포에 의해 절연막을 성막하는 방법은 큐어 온도가 높기 때문에 층간 절연막에 적용할 수 없다.
특허문헌 1에는, 도포막의 도포 후, 저온에서 도포막을 가열하고, 그 후 수증기 분위기에서 고온에서 처리를 행함으로써 절연막을 성막하는 기술이 기재되어 있지만, 본 발명의 과제를 해결하는 것은 아니다.
일본 특허 공개 제2012-174717호 공보
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 기판 상에 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 도포막으로서 형성함에 있어서, 양호한 막질이 얻어지는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 절연막의 성막 방법은, 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하는 공정과,
상기 도포막 중의 용매를 휘발시키는 용매 휘발 공정과,
이 공정 후, 상기 전구체를 구성하는 분자단에 미결합손을 생성하기 위해서, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 상기 도포막에 에너지를 공급하는 에너지 공급 공정과,
상기 도포막의 표면에, 도포막 중의 미결합손의 대기 분위기에 의한 산화를 억제하기 위한 보호막을 형성하는 공정과,
그 후, 상기 기판을 가열하여, 상기 전구체를 가교시켜서 절연막을 형성하는 큐어 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하기 위한 도포 모듈과,
상기 도포막 중의 용매를 휘발시키기 위한 용제 휘발 모듈과,
상기 전구체를 활성화시키기 위해서, 용매가 휘발된 도포막에 대하여, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 에너지를 공급하기 위한 에너지 공급 모듈과,
상기 에너지가 공급된 도포막에 보호막을 형성하는 보호막 형성 모듈과,
각 모듈의 사이에서 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 처리 시스템은, 기판을 반송 용기에 넣어 반출입하기 위한 반출입 포트와, 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하기 위한 도포 모듈과, 상기 도포막 중의 용매를 휘발시키기 위한 용매 휘발 모듈과, 상기 전구체를 활성화시키기 위해서, 용매가 휘발된 도포막에 대하여, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 에너지를 공급하기 위한 에너지 공급 모듈과, 상기 에너지가 공급된 도포막에 보호막을 형성하는 보호막 형성 모듈과, 각 모듈 및 상기 반출입 포트의 사이에서 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한 기판 처리 장치와,
상기 에너지 공급 모듈에서 처리된 후의 기판을 가열하여, 상기 전구체를 가교시켜서 절연막을 형성하기 위한 열처리 장치와,
상기 기판 처리 장치의 상기 반출입 포트와 상기 큐어 장치의 사이에서 상기 반송 용기를 반송하기 위한 용기 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 산화 실리콘을 포함하는 절연막의 전구체를 포함하는 도포액을 기판에 도포하고, 도포액의 용매를 휘발시킨 후, 큐어 공정을 행하기 전에, 저산소 분위기에서 상기 도포막에 에너지를 공급하고 있다. 이 때문에 전구체에서의 가수분해되는 부위에서 미결합손이 생성되기 쉽다. 큐어 공정에서는 우선 가수분해에 의해, 전구체를 구성하는 분자단의 실리콘에 수산기가 결합하고, 이어서 분자단끼리의 수산기가 탈수 축합해서 가교가 행하여지지만, 미리 가수분해되는 부위인 실리콘에 미결합손을 생성하고 있으므로, 수산기의 생성 효율이 높아진다. 즉, 가수분해에 필요한 에너지가 저하되므로, 저온에서 큐어 공정을 행해도, 가수분해되지 않고 남는 부위가 적어진다. 그 결과 효율적으로 탈수 축합이 일어나므로, 가교율이 향상되어 치밀한(양질의) 절연막의 제조를 기대할 수 있다.
또한 도포막에 에너지를 공급한 후, 도포막의 표면에 보호막을 형성함으로써, 큐어 공정 전에 있어서의 미결합손의 반응을 억제할 수 있어, 도포막의 막질이 양호해진다.
도 1은 종래의 절연막의 큐어 공정을 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 절연막의 큐어 공정을 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 8은 종래의 성막 처리에서의 폴리실라잔의 반응 경로를 설명하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 성막 처리에서의 폴리실라잔의 반응 경로를 설명하는 설명도이다.
도 10은 절연막의 표면의 평탄화를 도시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템을 도시하는 평면도이다.
도 12는 기판 처리 장치를 도시하는 평면도이다.
도 13은 기판 처리 장치의 종단면도이다.
도 14는 상기 기판 처리 장치에 마련되는 도포 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 15는 상기 기판 처리 장치에 마련되는 용제 휘발 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 16은 상기 기판 처리 장치에 마련되는 자외선 조사 모듈을 도시하는 단면도이다.
도 17은 열처리 장치에 마련되는 종형 열처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 18은 제2 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 19는 제2 실시 형태에 관한 웨이퍼의 단면도이다.
도 20은 제2 실시 형태에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 22는 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 23은 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 24는 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 25는 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 26은 본 발명의 실시 형태의 다른 예에 관한 절연막의 성막 공정을 설명하는 설명도이다.
도 27은 실시예 3에서의 상대적 에칭 레이트를 도시하는 특성도이다.
[발명의 개요]
본 발명의 실시 형태의 상세에 대해서 설명하기 전에, 본 발명의 내용에 대해서 설명해 둔다. 본 발명의 절연막의 성막 방법의 일례로서, 산화 실리콘을 포함하는 절연막의 전구체를 포함하는 도포액을 기판에 도포하고, 얻어진 도포막을 가열해서 도포막 중의 용매를 휘발시키고, 이어서 기판을 가열해서 도포막 중의 분자단의 재배열을 행하고, 그 후, 도포막에 자외선을 조사하고, 그 후, 도포막을 큐어하는 공정을 들 수 있다.
도포액은, 산화 실리콘을 포함하는 절연막의 전구체의 분자단인 올리고머의 군을 용매인 용제에 용해시켜서 제조된다. 일반적인 큐어 공정에서는, 기판을 예를 들어 500℃로 가열함으로써 도 1에 도시한 바와 같이 올리고머의 Si-H 결합이 H2O(수분)와의 가수분해(반응)에 의해, Si-OH가 생성된다. 계속해서 탈수 축합(반응)이 일어나서 Si-O-Si 결합이 생성되어, 올리고머끼리 가교된다.
도포액의 성분으로서 올리고머가 사용되는 이유는, 전구체 전체가 연계되어 있으면 용제에 용해하지 않기 때문이다. 이 때문에 올리고머의 상태, 즉 이미 설명한 전구체의 가수분해 전의 상태는 안정화되어 있어, 가수분해는 이 안정화 상태에서 불안정 상태로 이행시키는 프로세스이므로, 가수분해를 촉진시키는 것이 어렵다. 따라서 큐어 온도를 고온화하거나 혹은 저온에서 긴 시간 반응시키는 것이 필요하게 된다.
한편 탈수 축합 반응은 열 에너지를 부여하는 것만으로 신속하게 진행된다. 이 때문에 가수분해를 촉진시키기 위해서 큐어의 온도를 고온화하면, 가수분해가 일어나는(Si-H가 Si-OH로 되는) 것보다, 탈수 축합이 일어나는(Si-OH가 Si-O-Si로 되는) 것이 더 용이하므로, 절연막의 치밀성이 낮아진다. 그 이유에 대해서는, 개략적인 표현을 하면, 일부 올리고머끼리가 탈수 축합에 의해 가교되었을 때, 다른 올리고머는 아직 가수분해가 행하여지지 않은 경우가 발생하여, 당해 다른 올리고머가 일부 올리고머끼리의 가교물 내에 도입되어버리는 것에 기인한다고 추측된다. 또한 저온에서 장시간 큐어를 행하는 방법은, 스루풋이 낮아지므로, 생산 라인에서는 수용하기 어렵다.
그래서 본 발명에서는, 큐어 공정을 행하기 전에 예를 들어 자외선을 도포막에 조사하여, 가수분해가 일어나는 부위에 미결합손을 생성하도록(올리고머를 이른바 활성화하도록) 하고 있다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 자외선의 에너지에 의해 올리고머에서의 Si-H의 결합을 절단해서 미결합손을 생성하고 있다. 이 때문에 큐어 공정에서 가수분해에 필요한 에너지가 낮아지므로, 수산기(OH기)의 생성 효율이 높아지고, 그 후의 탈수 축합에 의한 가교율이 향상된다. 이것은, 저온에서 큐어 공정을 행해도, 치밀한(양호한 막질인) 절연막이 얻어진다는 것이다.
도포막에 대한 자외선의 조사는, 큐어 공정 전에 행하는 것이 필요하다. 그 이유에 대해서는, 큐어 공정은 저온이라고는 해도 예를 들어 350℃ 내지 450℃의 가열 분위기에서 행하여진다. 그 때문에 자외선의 에너지에 의해 이미 설명한 바와 같이 미결합손이 생성되면, 미결합손이 생성된 부위로부터 가교가 일어나고, 이 때문에 Si-H 결합이 아직 절단되지 않은 올리고머가, 가교된 올리고머군 내에 갇혀버려, 절연막의 치밀성이 낮아진다.
이 때문에 자외선을 도포막에 조사하는 공정은, 이러한 현상이 억제된 온도에서 행하는 것이 필요하며, 구체적으로는 예를 들어 350℃ 이하가 바람직하다고 생각되어, 예를 들어 실온에서 행할 수 있다. 또한 자외선을 도포막에 조사하는 공정은, 대기 분위기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 농도 분위기에서 행하는 것이 필요해서, 예를 들어 산소 농도가 400ppm 이하, 바람직하게는 50ppm 이하의 분위기에서 행하여진다. 저산소 농도 분위기는, 일례로서 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기를 들 수 있다.
이 공정이 행하여지는 분위기에서 산소 농도가 높으면, 자외선의 조사에 의해 생성된 미결합손을 갖는 올리고머끼리 순식간에 결합하여, 결합된 올리고머 내에 고립된 올리고머가 갇히고, 결과적으로 절연막의 치밀성이 낮아진다.
여기서 자외선을 도포막에 조사하는 공정을 행한 후, 예를 들어 기판에 자외선 조사 처리를 행한 기판 처리 장치로부터 큐어 처리를 행하는 열처리로에 반송하는 동안에, 기판이 예를 들어 수납 용기에 수납된 상태에서, 상온의 대기 분위기에서 놔두기(방치)가 행해지는 경우가 있다. 도포막에 자외선을 조사하여, 도포막의 표면에 미결합손을 형성하고 있었을 경우에는, 도포막의 반응성이 높아져 있기 때문에, 대기 중의 산소나 수분에 의해 용이하게 미결합손이 산화되어버린다. 그러나 온도가 낮은 상태, 예를 들어 상온 영역에서, 미결합손이 산화되면, 강도가 낮은 산화막이 형성되어버려 막질이 열화되어버리는 경우가 있다. 따라서 본 발명에서는, 기판을 기판 처리 장치로부터 반출하기 전에, 도포막의 표면에 도포막의 산화를 억제하는 보호막의 형성을 행한다. 보호막으로서는, 후술하는 바와 같이 예를 들어 유기막이나, 치밀하게 구성된 산화막 등을 사용할 수 있다.
[제1 실시 형태]
이어서 본 발명의 절연막의 성막 방법의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 상술한 기판 처리 시스템을 사용한 절연막의 성막 방법으로서, 피처리 기판에 대하여 STI를 행하는 프로세스에 대해서 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 피처리 기판인 웨이퍼(W)에는, 실리콘막(100)에 홈부(트렌치)(110)가 형성되어 있고, 그리고 예를 들어 SOG막의 전구체를 유기 용제에 용해한 도포액을 웨이퍼(W)에 도포함으로써, 트렌치(110)를 메우도록 도포막(101)이 형성된다. 전구체로서는, 예를 들어 -(SiH2)NH-를 기본 구조로 하는 폴리머인 폴리실라잔이 사용된다. 도포액은, 예를 들어 유동성을 높이기 위해서 폴리실라잔의 분자단이 올리고머의 상태로 용해되어 있다. 그 때문에 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 스핀 코팅에 의해 웨이퍼(W)에 도포했을 때 도포액이 가느다란 트렌치(110) 내에 진입하기 쉽게 매립성이 양호한 도포막(101)이 얻어진다. 또한 도 3 내지 도 10에서는, 도포막(101)에 PSZ(폴리실라잔)라고 기재하고 있다.
계속해서 도 4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)를 100 내지 250℃, 예를 들어 150℃에서 3분간 가열한다. 이에 의해 도포막(101) 중에 포함되는 용매가 휘발한다. 그 후, 도 5에 도시하는 바와 같이 400ppm, 바람직하게는 50ppm 이하의 산소 농도의 분위기, 예를 들어 질소(N2) 가스 분위기에서, 도포막(101)에 5000mJ/cm2 이하, 예를 들어 4000mJ/cm2의 에너지를 조사한다. 에너지로서는, 예를 들어 주된 파장이 200nm 이하인 자외선, 예를 들어 주된 파장이 172nm인 자외선(UV)을 조사한다. 주된 파장이란 스펙트럼에 있어서 최대 피크, 혹은 그 근방에 대응하는 파장이다.
이어서 도포막(101)의 표면에, 예를 들어 폴리스티렌으로 구성된 보호막인 유기막(102)을 형성한다. 이에 의해 도 6에 도시하는 바와 같이 도포막(101)의 표면이 유기막(102)에 의해 덮여, 도포막(101)에 형성된 미결합손과, 대기 분위기의 접촉이 억제된다. 또한 유기막(102)은 소수성이기 때문에, 대기 중의 수분이 도포막(101) 중에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도포막(101)의 표면에 형성되어 있는 미결합손은, 반응성이 높기 때문에, 대기 분위기 중의 산소나 수분과 용이하게 반응해버린다. 이때 상온 영역에서 미결합손의 산화를 진행시키면 반응이 완만하게 진행되기 때문에 도포막(101)의 표면에 치밀성이 낮은 산화막이 형성되어버리는 경우가 있다. 그 때문에 도포막(101)의 표면을 유기막(102)으로 덮어 둠으로써, 도포막(101)의 표면에 형성되어 있는 미결합손의 대기 분위기와의 접촉을 억제할 수 있어, 도포막(101)의 표면에서의 치밀성이 낮은 산화막의 형성을 억제할 수 있다.
또한 계속되는 큐어 공정에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 향해서 수증기를 공급하면서, 350 내지 450℃의 온도에서 단계적 가열 처리, 예를 들어 수증기를 분위기 하에서 400℃와, 450℃에서 단계적으로 가열하고, 또한 N2 가스 분위기 하에서 450℃에서 가열한다. 이때 도포막(101)의 표면에 형성된 유기막(102)은, 폴리스티렌이기 때문에, 가열에 의해, 물과 이산화탄소로 되어 승화해서 용이하게 제거되어, 도포막(101)의 표면이 노출된다. 또한 도포막(101)이 수증기 분위기 하에서 350 내지 450℃의 온도에서 가열된다.
도 8은 자외선을 조사하지 않고 폴리실라잔에 큐어 처리를 행했을 때의 반응 경로를 나타내고, 도 9는 자외선을 조사한 폴리실라잔에 큐어 처리를 행했을 때의 반응 경로를 나타낸다. 도 8에 도시하는 바와 같이 폴리실라잔에 큐어 처리를 행하면, 가수분해에 의해, Si와 결합하고 있는 H가 OH기로 되고, 또한 N-H기가 산화되어, 암모니아(NH3)로 됨으로써 Si-O 결합이 형성된다. 그리고 OH기끼리가 탈수 축합에 의해 가교를 형성해 나간다. 그러나 발명의 내용에서 설명한 바와 같이 큐어 처리를 했을 때 가수분해가 일어나기 어려워, 치밀성이 낮은 막이 된다.
이에 반해 폴리실라잔을 포함하는 도포막(101)에 큐어 처리 전에 자외선을 조사함으로써, 도 9에 도시하는 바와 같이 Si-H 결합이 절단되어 미결합손이 형성됨과 함께, 일부 Si-N 결합이 절단되어 미결합손이 형성된다. 이에 의해 큐어 처리를 행했을 때 미결합손에 OH기가 용이하게 결합하여, Si-OH가 생성된다. 또한 탈수 축합에 의해 OH기끼리가 가교하여, Si-O-Si 결합이 형성된다. 또한 폴리실라잔에서의 Si-N 결합이 O로 치환되어 산화 실리콘이 생성되어 나간다. 이미 설명한 바와 같이 미리 미결합손을 형성함으로써, OH기가 생성 효율이 높고, 가교율이 향상되기 때문에, 양호한 막질의 절연막(산화 실리콘막)이 형성된다.
절연막이 경화한 후, 도 10에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)는, 예를 들어 CMP(chemical Mechanical polishing)에 의해 웨이퍼(W)의 표면의 여분의 도포막(101)이 제거된다. 이때 도포막(101)의 강도가 낮은 경우에는, CMP에 의한 연마가 어려워지지만, 도포막(101)이 치밀성이 높은 산화 실리콘막으로 되어 있어, 강도가 충분히 높아져 있기 때문에 CMP에 의해 연마되어서 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘막(100)이 노출된다.
계속해서 절연막을 성막하는 기판 처리 시스템에 대해서 설명한다. 도 11에 도시하는 바와 같이 기판 처리 시스템은, 웨이퍼(W)에 절연막의 도포를 행하는 도포 처리를 포함하는 기판 처리를 행하기 위한 기판 처리 장치(1)와, 웨이퍼(W)에 열처리를 행하는 열처리로, 예를 들어 종형 열처리 장치(97)를 포함하는 열처리 장치(93)를 구비하고 있다. 또한 기판 처리 장치(1)와 열처리 장치(93)의 사이에서 캐리어(C)를 반송하는 용기 반송 기구인 반송차(AVG)(98)가 마련되고, 기판 처리 장치(1)와 열처리 장치(93)의 사이에는, 기판 처리 장치(1)에서 처리를 종료하고, 열처리 장치(93)에 반송되기 전에 웨이퍼(W)가 캐리어(C)에 수납된 상태로 적재되어 놔두기가 행해지는 적재대(90)가 마련되어 있다.
도 12, 도 13에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)가 복수매 수납된 반송 용기인 캐리어(C)로부터, 장치 내에 반출입하기 위한 반출입 포트인 캐리어 블록(S1)과, 중계 블록(S2)과, 처리 블록(S3)을 일렬로 접속해서 구성되어 있다.
캐리어 블록(S1)은, 도 12에 도시하는 바와 같이 복수매의 웨이퍼(W)를 수납해서 반송하기 위한 캐리어(C)가 예를 들어 횡방향(X 방향)으로 복수(예를 들어 3개) 적재되는 스테이지(11)를 구비하고 있다. 또한 캐리어 블록(S1)은, 스테이지(11)에 적재된 캐리어(C) 내에 대하여 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송 암인 전달 기구(12)를 구비하고 있다. 전달 기구(12)는, 웨이퍼(W)의 보유 지지 부분이 진퇴 가능, X 방향으로 이동 가능, 연직축 주위로 회전 가능, 승강 가능하게 구성되어 있다.
중계 블록(S2)은, 캐리어 블록(S1)에서 캐리어(C)로부터 취출된 웨이퍼(W)를 처리 블록(S3)측에 전달하는 역할을 갖고 있다. 중계 블록(S2)은, 웨이퍼(W)의 적재대가 상하로 복수 배치된 전달 선반(13)과, 전달 선반(13)의 각 적재대의 사이에서 웨이퍼(W)의 이동 탑재를 행하기 위한 승강 가능한 이동 탑재 기구(14)를 구비하고 있다. 전달 선반(13)에는, 처리 블록(S3)에 마련되는 주반송 기구(15a, 15b)가 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있는 높이 위치와, 전달 기구(42)가 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있는 높이 위치에서 웨이퍼(W)의 적재대가 배치되어 있다.
처리 블록(S3)은, 도 13에 도시하는 바와 같이 상하로 처리 블록(B1, B2)이 적층된 2층 구조로 되어 있다. 처리 블록(B1, B2)은 대략 마찬가지로 구성되어 있어, 도 12에 도시하는 처리 블록(B1)을 예로 들어 설명한다. 처리 블록(B1)은, 각각 중계 블록(S2)에서 보아 전후 방향(Y 방향)으로 신장되는 예를 들어 가이드 레일로 이루어지는 반송로(16)를 따라 이동 가능한 주반송 기구(15a)를 구비하고 있다. 처리 블록(B1)에는, 반송로(16)의 좌우 양측에 웨이퍼(W)에 대하여 처리를 행하기 위한 모듈이 배치되어 있다. 처리 블록(B1)에 있어서는, 반출입 블록(S1)에서 보아 우측에, 절연막 및 유기막을 도포하기 위한 도포 모듈(2)이 마련되어 있다. 또한 좌측에는, 중계 블록(S2)측에서부터, 예를 들어 3대의 용제 휘발 모듈(3) 및 2대의 자외선 조사 모듈(5)이 나란히 배치되어 있다.
또한 절연막의 성막 장치에는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지는 제어부(91)가 마련되어 있다. 제어부(91)는, 프로그램 저장부를 갖고 있으며, 프로그램 저장부에는, 성막 장치 내에서의 웨이퍼(W)의 반송, 혹은 각 모듈에서의 웨이퍼(W)의 처리의 시퀀스가 실시되도록 명령이 짜여진 프로그램이 저장된다. 이 프로그램은, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크), 메모리 카드 등의 기억 매체에 의해 저장되어 제어부(91)에 인스톨된다.
계속해서, 도포 모듈(2)에 대해서 설명한다. 도포 모듈(2)은 예를 들어 패턴이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 공지의 스핀 코팅법에 의해 도포를 행한다. 도포 모듈(2)은, 절연막의 전구체가 되는 폴리실라잔을 유기 용제에 용해한 도포액을 도포하는 절연막 도포 모듈(2A)과, 자외선 조사 처리 후의 웨이퍼(W)의 표면에 유기막을 도포하는 유기막 형성 모듈인 유기막 도포 모듈(2B)을 구비하고 있다. 이들 절연막 도포 모듈(2A)과, 유기막 도포 모듈(2B) 중 절연막 도포 모듈(2A)은, 웨이퍼(W)에 폴리실라잔을 도포한다. 또한 유기막 도포 모듈(2B)은, 예를 들어 폴리스티렌을 도포하는 것을 제외하고 마찬가지로 구성되어 있기 때문에, 여기에서는, 절연막 도포 모듈(2A)을 예로 들어 설명한다.
절연막 도포 모듈(2A)은, 도 14에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 흡착 보유 지지해서 구동 기구(22)에 의해 회전 가능, 승강 가능하게 구성된 스핀 척(21)을 구비하고 있다. 또한 도 14 중의 23은 컵 모듈이다. 도 14 중 24는, 원형 판형로 구성되고, 주연으로부터 하방으로 신장되는 외주벽을 구비한 가이드 부재이다.
또한 외부 컵(25)과 상기 외주벽의 사이에는, 배출 공간이 형성되고, 배출 공간의 하방은, 기액 분리할 수 있는 구조로 되어 있다. 가이드 부재(24)의 주위에는, 외부 컵(25)의 상단으로부터 중심측을 향해서 신장되도록 마련된, 웨이퍼(W)로부터 원심 탈액된 액을 받아 내는 액 수용부(27)가 마련되어 있다. 또한 절연막 도포 모듈(2A)은 도포액 노즐(28)을 구비하고, 예를 들어 폴리실라잔 등의 도포액이 저류된 도포액 공급원(29)으로부터 도포액 노즐(28)을 통해서 웨이퍼(W)의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 웨이퍼(W)를 연직축 주위로 소정의 회전수로 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면에 도포액을 전개하여 도포막을 형성한다. 유기막 도포 모듈(2B)에 대해서도 마찬가지로 웨이퍼(W)에 대하여 도포액 노즐(28)을 통해서 폴리스티렌을 공급함과 함께, 웨이퍼(W)를 연직축 주위로 소정의 회전수로 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면에 도포액을 전개하여 유기막을 형성한다.
이어서 용매인 용제를 휘발시키는 용제 휘발 모듈(3)에 대해서 설명한다. 도 15에 도시하는 바와 같이 용제 휘발 모듈(3)은, 도시하지 않은 하우징 내에 상면이 개구되어 있는 편평한 원통체로 이루어지는 하측 부재(31)와, 이 하측 부재(31)에 대하여 마련된 덮개부(32)로 구성된 처리 용기(30)를 구비하고 있다. 덮개부(32)는 하우징의 저면부(3a)의 상면에 마련된 승강 기구(37)에 의해, 상하로 승강하도록 구성되고, 덮개부(32)를 상승시킴으로써 처리 용기(30)가 개방된다. 하측 부재(31)는 하우징의 저면부(3a)에 지지 부재(41)를 통해서 지지되어 있다. 또한 하측 부재(31)에는 웨이퍼(W)를 적재하여, 예를 들어 100 내지 250℃로 가열하기 위한 가열 기구(34)가 매설된 가열판(33)이 마련되어 있다. 하우징의 저면부(3a)에는, 하측 부재(31)의 저부 및 가열판(33)을 관통해서 웨이퍼(W)를 외부의 주반송 기구(15a)와의 사이에서 전달을 행하기 위한 승강 핀(35)을 승강시키기 위한 승강 기구(36)가 마련되어 있다.
덮개부(32)는 하면이 개구되어 있는 편평한 원통체로 이루어지고, 덮개부(32)의 천장판의 중앙부에는, 배기구(38)가 형성되고, 이 배기구(38)에는 배기관(39)이 접속되어 있다. 이 배기관(39)은 처리 용기(30)측을 상류측으로 하면, 공장 내에 배설되어 있는 공용의 배기 덕트에 그 하류단이 접속되어 있다.
덮개부(32)는, 하측 부재(31)의 주위벽부의 상면에 마련된 핀(40)에 접촉하도록 적재되고, 덮개부(32)와 하측 부재(31)의 사이에 약간의 간극이 형성되도록 적재되어, 웨이퍼(W)를 가열하는 처리 공간을 형성한다. 그리고 배기구(38)로부터 배기를 행함으로써, 하우징 내의 분위기가 덮개부(32)와 하측 부재(31)의 간극으로부터 처리 용기(30) 내에 유입되도록 구성되어 있다. 또한 덮개부(32)는, 덮개부(32)를 처리 용기(30)를 폐쇄한 상태로 하는 하강 위치와, 웨이퍼(W)를 가열판(33)에 대하여 전달할 때의 상승 위치의 사이에서 승강할 수 있도록 구성되어 있다.
에너지 공급 모듈인 자외선 조사 모듈(5)은, 도 16에 도시하는 바와 같이 편평하고 전후 방향으로 가늘고 긴 직육면체 형상의 하우징(50)을 구비하고 있다. 하우징(50)의 전방측 측벽면에는 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반입출구(51)와, 이 반입출구(51)을 개폐하는 셔터(52)가 마련되어 있다.
하우징(50)의 내부는, 반입출구(51)에서 보아 앞쪽에 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 암(53)이 마련되어 있다. 반송 암(53)은, 쿨링 플레이트로서 구성되어, 예를 들어 용제 휘발 공정 후, 자외선 조사 처리 전에, 웨이퍼(W)를 상온(25℃)까지 냉각할 수 있도록 구성되어 있다. 반입출구(51)에서 보아 안쪽에는, 웨이퍼(W)의 적재대(54)가 배치되어 있다. 적재대(54) 및 반송 암(53)의 하방에는 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 승강 핀(56, 58)이 각각 마련되고, 승강 핀(56, 58)은, 각각 승강 기구(57, 59)에 의해 승강하도록 구성되어 있다.
방측에는, 적재대(54)에 적재된 웨이퍼(W)에 자외선광을 조사하기 위한 예를 들어 주된 파장이 172nm인 자외선을 조사하는 크세논 엑시머 램프 등의 자외선 램프(71)를 수용한 램프실(70)이 마련되어 있다. 램프실(70)의 하면은, 자외선 램프(71)로부터 조사된 파장 172nm의 자외선광을 웨이퍼(W)를 향해서 투과시키는 예를 들어 석영제의 광투과 창(72)이 마련되어 있다. 또한 램프실(70)의 하방의 측벽에는, 가스 공급부(73)와, 배기구(74)가 서로 대향하도록 마련되어 있다. 가스 공급부(73)에는, 하우징(50) 내에 N2 가스를 공급하기 위한 N2 가스 공급원(75)이 접속되어 있다. 배기구(74)에는, 배기관(76)을 통해서 배기 기구(77)가 접속되어 있다.
그리고 적재대(54)에 적재된 웨이퍼(W)에 자외선을 조사할 때는, 가스 공급부(73)로부터 N2 가스를 공급함과 함께 배기를 행하여, 웨이퍼(W)의 분위기를 예를 들어 400ppm 이하의 저산소 분위기, 예를 들어 N2 가스 분위기로 하도록 구성되어 있다. 반송 암(53)으로 상온까지 냉각된 웨이퍼(W)가 적재대(54)에 적재되면, N2 가스 공급원(75)으로부터 N2 가스를 공급하여, 저산소 분위기로 한 상태에서 웨이퍼(W)에 예를 들어 2000mJ/cm2의 에너지가 조사된다.
절연막의 성막 장치에서의 웨이퍼(W)의 흐름을 간단하게 설명하면, 웨이퍼(W)를 수납한 캐리어(C)가 스테이지(11)에 적재되면, 웨이퍼(W)는, 전달 기구(12), 전달 선반(13) 및 이동 탑재 기구(14)를 통해서, 처리 블록(B1 또는 B2)에 반송된다. 그 후, 웨이퍼(W)는, 절연막 도포 모듈(2A)에서 도포막(101)이 도포되고, 용제 휘발 모듈(3)→자외선 조사 모듈(5)→유기막 도포 모듈(2B)의 순번으로 반송되어 절연막이 형성된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 전달 선반(13)에 전달되어, 이동 탑재 기구(14) 및 전달 기구(12)에 의해 캐리어(C)로 되돌려진다.
계속해서 열처리 장치(93)에 대해서 설명한다. 열처리 장치(93)는, 도 11에 도시하는 바와 같이 캐리어(C)가 반송되는 캐리어 블록(S1)과, 캐리어(C)로부터 웨이퍼를 취출하는 전달 기구(94)와, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재 선반(96)과, 적재 선반(96)에 적재된 웨이퍼(W)를 열처리로에 이동 탑재하는 이동 탑재 기구(95)를 구비하고 있다.
열처리로는, 예를 들어 도 17에 도시한 바와 같은 종형 열처리 장치(97)를 사용할 수 있다. 종형 열처리 장치(97)는, 양단이 개구된 석영제의 관형으로 구성되고, 내부에 성막 가스가 공급되는 반응관인 내측 반응관(103)을 구비하고 있고, 내측 반응관(103)의 주위에는, 상단측이 막히고, 하단측이 개구된 석영제의 원통형의 외측 반응관(104)이 마련되어 있다. 외측 반응관(104)의 하방에는, 외측 반응관(104)과 개구부에 기밀하게 접속되고, 외측 반응관(104)과 연속하는 스테인리스제의 통형의 매니폴드(115)가 마련되고, 매니폴드(115)의 하단은, 플랜지(117)가 형성되어 있다. 또한 매니폴드(115)의 내측에는, 링 형상의 지지부(116)가 형성되고, 내측 반응관(103)은, 그 하단이 지지부(116)의 내측의 주연을 따라 기립해서 접속되어 있다. 내측 반응관(103), 외측 반응관(104) 및 매니폴드(115)는 반응 용기(111)에 상당한다.
또한 종형 열처리 장치(97)는, 외측 반응관(104)을 상방측에서 덮는 단열체(113)를 구비하고, 단열체(113)의 하방은, 반응 용기(111)를 고정하고 있는 기체(基體)(109)에 고정되어 있다. 단열체(113)의 내측에는, 전체 둘레에 걸쳐서 저항 발열체로 이루어지는 가열부(114)가 마련되어 있다.
매니폴드(115)에서의 플랜지(117)에 둘러싸이는 개구부(118)에는, 개구부(118)를 개폐하는 석영제의 원형의 덮개(119)가 마련되고, 덮개(119)는, 덮개(119)를 승강시키는 보트 엘리베이터(120) 상에 마련되어 있다. 덮개(119)의 상면측에는, 회전 대(121)가 마련되고, 회전 대(121)는, 보트 엘리베이터(120)의 하방에 마련된 구동부(122)에 의해 연직축 주위로 회전 가능하게 마련되어 있다.
회전 대(121)의 상방에는, 단열 유닛(123)이 마련되어 있다. 단열 유닛(123)의 상방에는, 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(105)가 마련되어 있다. 웨이퍼 보트(105)는, 천장판(124a)과, 저판(124b)을 구비하고, 천장판(124a)과 저판(124b)을 서로 접속하는 지주(125)에는, 웨이퍼(W)를 삽입하여, 웨이퍼(W)를 선반 형상으로 보유 지지하기 위한 보유 지지 홈(126)이 형성되어 있다.
매니폴드(115)에서의 지지부(116)의 하방측에는, 수증기 공급 노즐(127) 및 퍼지 가스 공급부인 N2 가스 공급 노즐(128)이 마련되어 있다. 수증기 공급 노즐(127)은, 수평하게 신장되어 그 선단이 가스 공급구로서 개구되어 있다. 수증기 공급 노즐(127)의 기단측은 매니폴드(115)에 형성된 포트(115a)에 접속되어 있다. 또한 포트(115a)에는, 매니폴드(115)의 외주측으로부터 수증기 공급관(131)의 일단이 접속되고, 수증기 공급관(131)의 타단측은, 밸브(V131), 유량 조정부(M131)를 거쳐서 수증기 공급원(132)에 접속되어 있다.
또한 N2 가스 공급 노즐(128)은, 수평 부분과 웨이퍼(W)의 배열 방향으로 신장되는 수직 부분을 구비하고 있다. N2 가스 공급 노즐(128)의 기단측은 매니폴드(115)에 형성된 포트(115b)에 접속되어 있다. 또한 포트(115b)에는, 매니폴드(115)의 외주측으로부터 N2 가스 공급관(133)의 일단이 접속되고, N2 가스 공급관(133)의 타단측은, 밸브(V133), 유량 조정부(M133)를 거쳐서 N2 가스 공급원(134)에 접속되어 있다.
또한 매니폴드(115)에서의 지지부(116)의 상방측에는, 타단측에 진공 배기 기구(135)가 접속된 배기관(136)의 일단측이 접속되고, 매니폴드(115)에서의 지지부(116)의 상방측, 즉 외측 반응관(104)과 내측 반응관(103)의 간극으로부터 배기하도록 구성되어 있다.
이 종형 열처리 장치(97)는, 예를 들어 덮개(119)를 하강시킨 상태에서, 캐리어(C)로 열처리 장치에 반입된 웨이퍼(W)가, 웨이퍼 보트(105)에 적재된다. 또한 덮개(119)를 상승시킴으로써, 도 17에 도시하는 바와 같이 반응 용기(111) 내에 웨이퍼 보트(105)가 수납됨과 함께, 덮개(119)에 의해 개구부(118)가 폐쇄된다. 그리고 수증기 공급 노즐(127)로부터 반응 용기(111) 내에 수증기를 공급함과 함께, 가열부(114)에 의해 웨이퍼(W)가 소정의 온도 예를 들어 450℃로 가열됨으로써, 웨이퍼(W)에 큐어 처리가 행하여진다.
그리고 이 열처리 장치(93)에서도 도 11에 도시하는 바와 같이 열처리 장치(93)에서의 웨이퍼(W)의 반송이나 종형 열처리 장치(97)에서의 웨이퍼(W)의 큐어 처리를 실행하기 위한 제어부(92)가 마련되어 있다. 제어부(92)는, 프로그램 저장부를 갖고 있으며, 프로그램 저장부에는, 열처리 장치(93) 내에서의 웨이퍼(W)의 반송, 혹은 종형 열처리 장치(97)에서의 웨이퍼(W)의 처리의 시퀀스가 실시되도록 명령이 짜여진 프로그램이 저장된다. 이 프로그램은, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크), 메모리 카드 등의 기억 매체에 의해 저장되어 제어부(92)에 인스톨된다. 또한 기판 처리 시스템은, 기판 처리 장치(1)의 제어부(91)와, 열처리 장치(93)의 제어부(92)에 제어 신호를 송신함과 함께, 반송차(98)에 의한 캐리어(C)의 반송을 제어하고, 이미 설명한 절연막의 성막 방법을 실행하기 위한 상위 컴퓨터(99)를 구비하고 있다.
그리고 기판 처리 장치(1)에서 처리를 종료한 웨이퍼(W)는, 캐리어(C)에 수납되어, 반송차(98)에 의해 적재대(90)에 반송된다. 또한 예를 들어 열처리 장치(93)의 처리가 개시될 때까지, 예를 들어 1일 동안 적재대(90) 상에서 놔두기가 행해진다. 그 후 열처리 장치(93)의 처리의 순번이 되면, 당해 캐리어(C)는 반송차(98)에 의해 열처리 장치(93)의 캐리어 블록(S1)에 전달되어 이미 설명한 바와 같이 큐어 공정이 행하여진다.
상술한 실시 형태에 의하면, 폴리실라잔을 포함하는 도포액을 웨이퍼(W)에 도포하고, 도포막(101) 중의 용제를 휘발시킨 후, 큐어 공정을 행하기 전에, 질소 분위기에서 상기 도포막(101)에 자외선을 조사하고 있다. 이 때문에 폴리실라잔에서의 가수분해되는 부위에서 미결합손이 생성되기 쉽다. 그 때문에 미리 가수분해되는 부위인 실리콘에 미결합손을 생성하고 있으므로, 수산기의 생성 효율이 높아진다. 즉, 가수분해에 필요한 에너지가 저하되므로, 큐어 공정의 온도를 350℃로 했을 때도, 가수분해되지 않고 남는 부위가 적어진다. 그 결과 효율적으로 탈수 축합이 일어나므로, 가교율이 향상되어 치밀한(양질의 막질인) 절연막을 성막할 수 있다.
또한 기판을 기판 처리 장치(1)로부터 반송하기 전에 도포막(101)의 표면에 유기막(102)을 성막하고 있다. 그 때문에 기판 처리 장치(1)로부터 캐리어(C)에 수납되어 반출된 웨이퍼(W)가, 적재대(90)에서 놔두기가 행해졌을 때도, 미결합손의 완만한 산화에 의한 치밀함이 낮은 산화막의 형성이 억제된다. 따라서, 큐어 처리 후의 웨이퍼(W)에 형성되는 도포막(101)이 치밀한 막으로 됨과 함께 웨이퍼(W)간의 막질의 변동도 억제할 수 있다.
또한 도포막에 큐어 처리를 행하기 전에 유기막의 제거를 행하도록 해도 된다. 이러한 예로서는, 열처리 장치(93)에 웨이퍼(W)를 향해서 린스를 공급하는 액 처리 장치를 마련하여, 열처리 장치(93)에 반송된 웨이퍼(W)에 린스 처리를 행하여 유기막을 용해 제거한 후, 종형 열처리 장치(97)에 반송하도록 구성하면 된다. 또한 기판 처리 장치(1)에 린스를 공급하는 액 처리 장치를 마련하여, 열처리 장치(93)에 반송하기 직전에 적재대(90)로부터 일단 기판 처리 장치(1)에 반송하여, 린스 처리를 행한 후, 신속하게 열처리 장치(93)에 반송하도록 해도 된다.
나아가, 웨이퍼(W)에 큐어 공정을 행한 후, 웨이퍼(W)를 가열해서 애싱을 행하도록 해도 되고, 이 애싱 처리 시의 가열에 의해 유기막(102)을 분해 제거하도록 해도 된다. 또한 유기막(102)은, 예를 들어 아크릴 등을 사용해도 된다. 혹은 레지스트여도 된다.
또한 도 4에 도시하는 용제를 휘발시키는 공정에 이어서, 도포막(101) 중의 올리고머의 재배열을 행하는 리플로우 공정을 행하도록 해도 된다. 예를 들어 SOG막을 성막하는 데 있어서, 도포막을 도포하고, 용제를 제거했을 때 도포막 중에 포함되는 올리고머간에 간극이 발생하고 있는 경우가 있다. 그 때문에 용제 제거 공정을 행한 후, 웨이퍼(W)를 200 내지 300℃, 예를 들어 250℃에서 가열한다. 이에 의해 도포막(101) 중의 올리고머가 재배열되어, 간극을 메우도록 배열된다(리플로우 공정). 이 리플로우 공정을 행하여 올리고머가 재배열됨으로써 올리고머간의 간극이 좁아진다. 그 때문에 후단의 큐어 처리에 의해 올리고머끼리의 가교를 형성했을 때 치밀한 막이 되기 쉬워진다.
이러한 장치로서는, 예를 들어 도 12에 도시하는 기판 처리 장치(1)에 있어서, 용제 휘발 모듈(3) 중 1대를, 예를 들어 웨이퍼(W)를 200 내지 300℃, 예를 들어 250℃에서 가열할 수 있는 가열 모듈(리플로우 모듈)을 마련하면 된다.
또한 상술한 실시 형태에 있어서, 큐어 공정에서, 암모니아 가스를 공급하면서 가열해서 큐어 처리를 행하도록 해도 된다. 혹은 큐어 처리 시에 공급하는 가스는 N2 가스여도 된다.
또한 본 발명은, 저유전율막 등의 층간 절연막의 성막에 적용해도 된다. 층간 절연막의 성막 시에 있어서는, 배선 재료인 구리의 마이그레이션이나 확산을 억제하기 위해서, 가열 온도는 예를 들어 400℃ 이하로 할 것이 요청되고 있다. 본 발명에서는 큐어 온도가 저온이어도 양질의 막질의 절연막이 얻어지므로, 층간 절연막의 성막에 적용하는 것을 기대할 수 있다.
또한 예를 들어 가느다란 홈부가 형성된 기판에 절연막을 형성하는 예로서 PMD(Pre Metal Dielectric)에 적용해도 된다.
[제2 실시 형태]
이어서 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 절연막의 성막 방법에 대해서 설명한다. 이 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 도포막(101)에 자외선을 조사하는 공정을 행한 후, 또한 도포막에 자외선을 조사한다. 예를 들어 도포막에 1회째의 자외선의 조사를 행할 때 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선의 조사를 행하고, 이어서 도포막에 2회째의 자외선을 조사하는 공정으로서 1000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 조사한다.
도포막에 공급하는 에너지양과, 도포막의 활성에 대해서 설명하면, 도 18의 모식도에 나타내는 바와 같이 도포막에 에너지를 조사했을 때, 어떤 허용값(E1)을 초과하는 에너지를 부여함으로써 미결합손이 형성된다. 그러나 더 에너지를 부여하여 허용값(E2)을 상회하는 에너지를 부여하면, 도포막의 활성이 지나치게 높아져, 대기 중의 산소나 수분과 상온에서 용이하게 반응해버릴 정도로 활성이 높아진다. 그리고 도포막의 전체층에 허용값(E1)을 초과하는 에너지를 부여한 상태에서, 후속의 큐어 처리를 행함으로써, 도포막의 전체층이 치밀한 산화막으로 된다.
여기서 도포막에 자외선을 조사하면, 도 18에 도시하는 바와 같이 도포막의 표면에서 활성이 높아져, 도포막을 표면으로부터 침투해 나감에 따라, 그 에너지는 점차 감쇠해 나간다. 그 때문에 도포막의 전체층이 받는 에너지(Ea)가 E1<Ea<E2로 되는 도우즈양의 자외선, 예를 들어 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 조사함으로써, 도포막의 깊이 방향으로 받은 에너지 분포는 예를 들어 도 18 중 (1)로 나타내는 바와 같은 분포가 된다. 또한 2회째의 자외선 조사에 있어서 1000mJ의 도우즈양의 자외선을 조사함으로써, 도 18 중 (2)로 나타내는 바와 같이, 상층의 극히 얇은 두께(d)의 층에서 허용값(E2)을 상회하는 에너지를 받은 층이 형성된다. 그리고 그 하층측은, 허용값(E1) 내지 허용값(E2)의 사이의 에너지를 받은 층으로 할 수 있다. 이때 도포막에 있어서는, 전체층에 있어서 허용값(E1)을 초과하고 있기 때문에, 미결합손이 형성된 층으로 되어 있고, 또한 표층의 두께(d)의 영역에서는, 대기 중의 산소나 수분과 상온에서 용이하게 반응해버릴 정도로 활성이 높아진 상태가 형성되어 있다.
그리고 이 웨이퍼(W)가 대기 분위기에 노출되면, 도 19에 도시하는 바와 같이 표면의 허용값(E2)을 상회하는 에너지가 공급되어 있는 층에서는, 대기 중의 산소나 수분에 의해 급격하게 산화된다. 이때 산화 반응이 급속하게 진행되기 때문에, 대기 중 분위기에서의 산화이지만, 매우 치밀성이 높은 산화막(106)이 형성된다. 이때 허용값(E2)을 상회하는 에너지가 공급되어 있는 층의 하층측은 순식간에 산화할만큼 활성이 높아져 있지 않기 때문에 미결합손의 결합은 진행되지 않아 미결합손을 유지한 층이 된다. 이 치밀한 산화막(106)은 보호막에 상당한다. 또한 발명자들은, 3000mJ/cm2 이상의 자외선을 조사하여, 1일 놔두기를 행한 웨이퍼(W)에 있어서 도포막의 표층에 산화막이 형성되고, 도포막 중에 있어서는, 산화가 진행되지 않음을 확인하였다. 또한 그 후의 큐어 처리에 의해 전체층이 산화막으로 되어 있음을 확인하였다. 또한 후술하는 실시예 3에 나타내는 바와 같이 에칭 내성이 높은 산화막이 형성되어 있으므로, 치밀한 산화막이 성막되어 있다고 추측된다.
도포막의 표면에 치밀한 막이 형성되면, 대기 중의 산소나 수분은, 도포막 중에 침투하기 어려워진다. 그 때문에 이 웨이퍼(W)가 상온의 대기 분위기에서 보관되었을 때, 치밀한 막의 하층의 미결합손이 형성되어 있는 층은, 대기 중의 산소나 수분에 접하지 않아, 활성을 유지한 상태로 보호된다. 그 후 큐어 공정에서는, 가열과 수증기 분위기에 의해 급격한 산화가 진행되기 때문에, 수증기는, 도포막의 표층의 치밀한 층을 통과해서 치밀한 층의 하방측의 미결합손의 산화를 촉진해 나간다. 이렇게 수증기가 도포막 중에 침투하여, 치밀한 산화막이 성막된다. 이렇게 구성함으로써, 도포막의 표면에 보호막을 형성하여, 도포막 중의 보호막의 상온 대기 분위기 하에서의 완만한 산화를 억제할 수 있기 때문에 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 2회째의 자외선 조사를 행하여 도포막의 표면을 허용값(E2)을 초과하는 에너지가 조사된 층을 형성한 후, 상술한 실시 형태와 같이 도포막을 대기 분위기에 노출시켜, 도포막의 표면에 치밀한 산화막을 형성해도 된다. 또는 도포막의 표면에 허용값(E2)을 초과하는 에너지가 조사된 층을 형성한 후, 도포막의 표면에 산소를 공급해서 강제적으로 치밀한 산화막을 성막하도록 해도 된다.
또한 2회째에 조사하는 자외선은 1회째에 조사하는 자외선보다도 파장이 짧은 자외선이어도 된다. 이미 설명한 바와 같이 자외선은, 도포막에 조사되었을 때 표면으로부터 침투하여, 깊은 위치에 침투함에 따라서, 점차 에너지가 감쇠한다. 이때 도 20 중 (3)의 그래프에 나타내는 바와 같이 자외선의 파장(λa)이 긴 경우에 비해, 도 20 중 (4)로 나타내는 바와 같이 자외선의 파장(λb)이 짧은 경우에는, 도포막의 깊이 방향으로의 에너지의 감쇠 속도가 빨라진다(λa>λb). 그 때문에 동일한 도우즈양의 자외선을 조사하여, 도포막의 표면에 허용값(E2)을 상회하는 활성이 되는 층을 형성했을 때, 파장이 긴 자외선의 경우에는, 허용값(E2)을 초과하는 에너지가 조사되는 층의 두께는, da가 된다. 한편 파장이 짧은 자외선의 경우에는, 허용값(E2)을 초과하는 에너지가 조사되는 층의 두께는 da보다도 얇은 두께(db)가 된다. 그 때문에 파장이 짧은 자외선의 경우에는, 파장이 긴 경우에 비해서 대기에 접촉하여 산화했을 때 치밀한 산화층이 얇게 형성된다.
미리 허용값(E2) 이상의 에너지를 부여하여, 대기 분위기에서 산화한 층은 치밀하게 구성되지만, 큐어 처리에서 일괄적으로 형성되는 막이 아니기 때문에, 큐어 처리에서 결합시킨 Si-O-Si 결합과는 성질이 상이할 우려가 있다. 그 때문에 도포막에 파장이 짧은 자외선을 조사하여, 허용값(E2)을 초과하는 에너지가 조사되는 층의 두께를 얇게 함으로써, 보호막이 되는 산화막을 얇게 형성할 수 있어, 큐어 처리를 행해서 전체층 산화시켰을 때 막질의 균일성이 양호해진다.
또한 상술한 예에서는, 도포막에의 자외선의 조사를 2회 행하고 있지만, 자외선의 조도를 올려서, 상술한 예의 2회의 자외선 조사의 총합분, 예를 들어 3000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 1회에 조사해도 된다. 이러한 경우에도 도포막의 표면의 극히 얇은 층이, 허용 레벨을 초과하는 에너지 조사량에 도달하여, 도포막의 내부에서는, 허용 레벨의 에너지 조사량에 도달한 상태를 형성할 수 있다. 이에 의해, 도포막의 표층의 극히 얇은 층에 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 도포막에의 자외선의 조사 시간의 총 시간을 길게 함으로써, 도포막의 표면에 치밀한 막을 형성하도록 해도 된다. 자외선의 조사 시간을 길게 함으로써, 도포막에 조사되는 자외선의 도우즈양을 증가시킬 수 있기 때문에 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한 제2 실시 형태에서, 도포막(101)에 조사하는 에너지의 도우즈양이 지나치게 많아지면, 도포막(101)의 표면에 형성되는 산화막의 치밀함이 극히 높아진다. 이에 의해 큐어 공정에서 도포막(101) 중에 수증기가 침투하기 어려워져, 도포막(101)이 산화하기 어려워지는 경우가 있다. 그 때문에 에너지의 조사량은, 5000J/cm2 이하인 것이 바람직하다.
또한 도포막에 자외선을 조사한 후, 보호막의 형성을 행하기 전에, 예를 들어 도포막을 암모니아 가스 등의 촉매 분위기에 노출되도록 해도 된다. 이러한 장치로서는, 예를 들어 도 16에 도시한 자외선 조사 모듈(5)에 또한 가스 공급부를 마련하여, 적재대(54)에 적재된 웨이퍼(W)를 향해서 암모니아 가스를 공급할 수 있도록 구성하면 된다. 이러한 자외선 조사 모듈(5)을 사용하여, 예를 들어 도포막에 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 조사해서 미결합손을 형성한 후, 웨이퍼(W)에 암모니아 가스를 공급하여, 도포막을 예를 들어 암모니아 가스 분위기에 1분간 노출시킨다. 도포막은 자외선 조사에 의해 반응성이 높아져 있기 때문에 암모니아가 용이하게 도포막에 침투한다. 그 후, 1000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선의 조사를 행하여, 도포막의 표면을 더 활성화하고, 또한 도포막을 대기 분위기에 노출시켜, 도포막의 표면에 치밀한 산화층을 형성하면 된다.
이 웨이퍼(W)를 열처리 장치에 반송하여, 큐어 처리를 행했을 때, 수증기 분위기 하의 가열에 의해 미결합손이 Si-O-Si 결합으로 되는데, 도포막 중에 침투하고 있는 암모니아의 촉매 효과에 의해, 탈수 축합이 진행되어, 미결합손이 Si-O-Si 결합으로 되는 반응이 촉진된다. 이렇게 구성함으로써 도포막은 보다 확실하게 Si-O-Si 결합을 형성할 수 있어, 보다 치밀한 산화막을 얻을 수 있다. 또한 촉매가 되는 분위기로서는, 산이나 알칼리를 사용할 수 있다. 또한 TMH(수산화테트라메틸) 등의 액상의 촉매를 사용해도 된다. 액상의 촉매를 사용하는 경우에는, 도포막에 자외선을 조사해서 미결합손을 형성한 후, 당해 웨이퍼(W)의 표면에 TMH를 공급함과 함께 웨이퍼(W)를 연직축 주위로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 표면에 액 고임을 형성하도록 하면 된다. 이에 의해 도포막 중에 촉매를 침투시킬 수 있다. 또한 도포막에 자외선을 조사하여, 도포막의 표면의 활성을 높이고, 대기 분위기에 노출시킴으로써, 촉매가 포함된 도포막의 표면에 보호막이 되는 산화막을 성막할 수 있다.
또한 이러한 도포막 중에 촉매를 포함시키기 위한 장치로서는, 예를 들어 기판 처리 장치(1)에 기판의 분위기를 촉매 분위기로 해서 도포막에 촉매를 첨가하는 촉매 첨가 모듈을 마련하면 된다. 또한 복수의 자외선 조사 모듈(5), 예를 들어 제1 자외선 조사 모듈(5), 제2 자외선 조사 모듈(5)을 마련하면 된다. 이 경우에는, 용제 휘발 공정을 종료한 웨이퍼(W)에 제1 자외선 조사 모듈에서 예를 들어 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선 조사를 행하고, 촉매 첨가 모듈에 반송하여, 도포막에 촉매를 첨가한다. 또한 당해 웨이퍼(W)를 제2 자외선 조사 모듈(5)에 반송해서 도포막에 1000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선 조사를 행하여, 도포막의 표면의 활성을 높이도록 해도 된다.
또한 본 발명은, 도포액을 복수회 도포해서 절연막을 성막하도록 해도 된다. 이 경우에는, 예를 들어 도 12, 도 13에 도시하는 기판 처리 장치(1)에, 웨이퍼(W)에 수증기를 공급함과 함께, 웨이퍼(W)를 예를 들어 450℃로 가열할 수 있는 큐어 처리 모듈을 마련하도록 해도 된다. 먼저 트렌치(110)가 형성된 웨이퍼(W)를 절연막 도포 모듈(2A)에 반송하여, 1회째의 도포액의 도포를 행한다. 이에 의해 예를 들어 도 21에 도시하는 바와 같이 실리콘막(100)에 형성된 트렌치(110)의 내부에 도포액이 진입한 상태의 도포막(101a)이 형성된다. 또한 도 21 내지 도 26에서는, 1회째의 도포액의 도포에 의해 형성되는 도포막을 101a로 나타내고, 2회째의 도포액의 도포에 의해 형성되는 도포막을 101b로 나타낸다.
그 후 웨이퍼(W)를, 실시 형태와 마찬가지로 용제 휘발 모듈(3)에 반송하여, 용제를 휘발시킨 후, 예를 들어 자외선 조사 모듈(5)에 반송하여, 도 22에 도시하는 바와 같이 저산소 분위기에서 도포막(101a)에 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 조사한다. 이어서 웨이퍼(W)를 큐어 처리 모듈에 반송하여, 도 23에 도시하는 바와 같이 수증기 분위기 하에서 450℃, 120분 큐어 처리를 행한다. 그 후 웨이퍼(W)를 절연막 도포 모듈(2A)에 반송하여, 2회째의 도포 처리를 행한다. 이에 의해 도 24에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에, 추가로 도포막(101b)이 적층된다. 그 후 웨이퍼(W)를 용제 휘발 모듈(3)에 반송하여, 용제를 휘발시킨 후, 자외선 조사 모듈(5)에 반송하여, 도 25에 도시하는 바와 같이 저산소 분위기에서 도포막(101b)에 2000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선을 조사한다. 그 후 예를 들어 도포막(101b)에 추가로 1000mJ/cm2의 도우즈양의 자외선의 조사를 행하여, 도포막의 표면의 활성을 높인다.
그 후 웨이퍼(W)는, 캐리어(C)에 수납되어 기판 처리 장치(1)로부터 반출되고, 적재대(90)에서 놔두기가 이루어져, 열처리 장치(93)에 반송된다. 그리고 도 26에 도시하는 바와 같이 예를 들어 수증기 분위기 하에서 400℃, 450℃에서 단계적으로 가열한 후 N2 가스 분위기 하에서 450℃로 가열된다.
도포막(101a, 101b)에 자외선을 조사했을 때, 자외선은 도포막(101a, 101b)의 표층측에서 하층측으로 투과해 나가기 때문에, 도포막(101a, 101b)의 하층측은 표층측에 비해 자외선이 약해지기 쉬워, Si-H 결합이 충분히 미결합손으로 되지 않을 우려가 있다. 그 때문에 웨이퍼(W)에 큐어 처리를 행했을 때 도포막(101a, 101b)의 하층측에서, 가교율이 낮아지는 경우가 있어, 막 전체로서의 가교율이 낮아지는 경우가 있다. 또한 예를 들어 표층의 도포막을 CMP에 의해 제거했을 때 도포막에서의 막질이 나쁜 층이 노출될 우려가 있다.
그 때문에 도포막(101a, 101b)의 도포와 자외선 조사를 복수회 반복해서 소정의 막 두께의 도포막(101a, 101b)을 성막함으로써, 도포막(101a, 101b)이 각각 얇은 상태에서 자외선 조사 처리를 할 수 있다. 이에 의해 도포막(101a, 101b)의 전체층에, 미결합손이 형성되기 쉬워진다. 그 때문에 큐어 처리를 행했을 때 도포막(101a, 101b)의 전체층에서, 가교가 형성되기 쉬워져, 전체층에 걸쳐서 가교율이 높아 치밀한 도포막(101a, 101b)을 형성할 수 있다. 또한 웨이퍼(W)를 기판 처리 장치(1)로부터 반출했을 때, 대기 분위기에서, 상단측의 도포막(101b)의 상단에 보호막이 되는 치밀한 산화막(106)이 형성된다. 그 때문에 웨이퍼(W)의 놔두기 시에 도포막(101a, 101b)의 미결합손이 산화되지 않고 보호된다.
또한 1회째의 도포 처리 및 2회째의 도포 처리에서의 용제를 휘발시킨 후에, 예를 들어 웨이퍼(W)를 250℃에서 가열하는 리플로우 공정을 행하도록 해도 된다.
또한 자외선을 조사하는 공정에서, 가교가 진행되는 온도, 예를 들어 폴리실라잔에서는, 350 내지 400℃까지 올려버리면, 미결합손의 형성과, 가수분해 및 탈수 축합이 동시에 진행되어버리는 경우가 있다. 이에 의해 결합된 올리고머 중에, 고립된 올리고머가 갇혀서, 결과적으로 절연막의 치밀성이 낮아진다.
그 때문에 자외선을 조사하는 온도는, 350℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한 자외선 조사 시에 가교가 진행되지 않는 온도일 것이 요건이므로, 리플로우 공정에서 자외선을 조사하도록 해도 된다. 그러나 용제 휘발 공정에서는, 용제가 자외선의 조사에 의해 변질될 우려도 있다. 그 때문에, 용제 제거 공정 이후일 필요가 있다.
또한 후술하는 실시예 2에 나타내는 바와 같이 용제 휘발 공정에서의 웨이퍼(W)의 가열 온도를 200 내지 250℃로 해서 상술한 절연막의 성막 방법을 실행함으로써 효과를 높일 수 있다. 이것은, 도포막(101) 중의 용제를 보다 확실하게 제거함으로써, 용제에 흡수되는 에너지는 적어지기 때문과, 실시예 2에서는 리플로우 처리 공정을 행하지 않고 있지만, 리플로우 처리를 행함으로써 발생하는 올리고머의 재배열에 상당하는 효과가 발생했기 때문의 상승 효과라고 추측된다.
또한 효율적으로 미결합손을 형성하는 관점에서, 도포막을 투과하지 않고, 도포막에 흡수되는 파장의 에너지가 바람직하다. 그 때문에 자외선의 경우에는, 주된 파장이 200nm 이하인 것이 바람직하고, 예를 들어 ArF 램프 등의 파장 193nm인 자외선을 사용해도 되고, 또한 중수소 램프 등을 사용해도 된다. 또한 도포막에 조사하는 에너지로서는, 전자선 등을 사용해도 된다.
또한 용제 휘발 공정에 사용하는 도포막(101) 중의 용제를 휘발시키는 장치는, 예를 들어 밀폐한 처리 용기 내를 예를 들어 대기압의 절반까지 감압하여, 처리 용기 내에 적재한 웨이퍼(W)에서의 용제의 휘발을 촉진해서 용제를 휘발시키는 장치이어도 된다.
[실시예]
본 발명의 실시 형태의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행했다. 도 11에 도시한 기판 처리 시스템을 사용하여, 평가용 웨이퍼(W)에 절연막을 성막하고, 절연막의 에칭 강도에 대해서 평가했다.
<실시예 1>
절연막의 성막 방법에서의 자외선 조사 공정에서 N2 가스 분위기 하에서 주된 파장이 172nm인 자외선을 도우즈양이 2000mJ/cm2가 되도록 조사한 예를 실시예 1-1로 했다. 또한 웨이퍼(W)는, 실시 형태에 나타낸 도포액을 도포한 후, 용제 휘발 공정에서, 웨이퍼(W)를 150℃에서 3분 가열하고, 그 후 리플로우 공정을 행하지 않고, 자외선 조사 공정을 행했다. 계속해서 놔두기를 행하지 않고 열처리 장치에 반송하여, 큐어 공정에서는, 열처리로 내에서, 수증기를 공급한 상태에서, 400℃에서 30분, 450℃에서 120분의 2단계의 가열을 행한 후, N2 가스 분위기 하에서 450℃에서 가열했다. 또한 도포막의 목표 막 두께는 100nm로 했다.
<비교예 1, 2>
또한 자외선 조사 공정에서, 대기 분위기에서 2000mJ/cm2의 자외선을 조사한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 마찬가지로 처리한 예를 비교예 1로 했다. 또한 자외선 조사를 행하지 않는 것을 제외하고, 실시예 1-1과 마찬가지로 처리한 예를 비교예 2로 했다.
실시예 1, 비교예 1, 2 각각에 있어서, 0.5％ 희불산에 의해 습식 에칭을 행하여 단위 시간당 에칭양(에칭 레이트)을 평가하고, 0.5％ 희불산에 대한 실리콘의 열산화막의 에칭 레이트를 1로 했을 때의 각각의 예에서의 상대적 에칭 레이트를 구했다.
비교예 1, 2에서의 상대적 에칭 레이트는, 각각 3.74, 5.55였다. 이에 반해, 실시예 1에서의 상대적 에칭 레이트는 2.04였다.
이 결과에 의하면, 폴리실라잔을 포함하는 도포액을 웨이퍼(W)에 도포해서 절연막을 성막하는 데 있어서, 큐어 공정 전의 도포막에 N2 가스 분위기 하에서 자외선의 에너지를 조사함으로써, 에칭 강도를 높일 수 있다고 할 수 있다.
또한 실시예 1 및 비교예 1의 각각에 있어서, (FT-IR: 푸리에 변환 적외 분광 광도계)를 사용하여, 자외선 조사 처리의 전후 및 큐어 처리 후의 원자 결합의 양을 평가했다. 비교예 1에서는, 자외선 조사 처리 후에 있어서, Si-H 결합이 감소하고, Si-O 결합이 증가하였다. 또한 실시예 1에서는, 자외선 조사 처리 후에 Si-H 결합의 감소는 보였지만, Si-O 결합은 증가하지 않고, 큐어 처리 후에 있어서 Si-O 결합이 증가하였다.
이 결과로부터 자외선 조사 처리를 함으로써 Si-H 결합이 감소하여, 미결합손을 형성할 수 있지만, 자외선 조사 처리를 대기 분위기에서 행하면, 큐어 처리에 앞서, 가교 반응이 진행되고, 자외선 조사 처리를 N2 가스 분위기 하에서 행하면, 큐어 처리 전의 가교 반응을 억제할 수 있다고 추측된다. 그리고 큐어 처리 전에 미결합손을 형성함과 함께, 가교 반응을 억제함으로써, 에칭 강도가 높아진다고 추측된다.
또한 자외선의 도우즈양을 3000 및 4000mJ/cm2로 설정한 것을 제외하고 실시예 1-1과 마찬가지로 처리를 행한 예에서도 마찬가지로, 상대적 에칭 레이트를 평가한 결과 각각 2.70, 2.42이며, 4000mJ/cm2 정도의 자외선의 도우즈양에서도 강도가 높은 절연막을 얻었다. 후술하는 실시예 3에서 설명하는 바와 같이 자외선의 도우즈양을 3000 및 4000mJ/cm2로 설정한 예에서는, 표면에 신속하게 치밀한 산화막이 되는 층이 형성된다고 추측되지만, 큐어 처리 후의 도포막은 충분히 치밀한 막이 된다고 할 수 있다.
[실시예 2]
또한 용제 휘발 공정에서의 웨이퍼(W)의 가열 온도에 따른 효과를 검증하기 위해서, 이하의 실시예에 따라서 도 11에 도시한 기판 처리 시스템을 사용하여, 웨이퍼(W)에 절연막을 성막하고, 절연막의 에칭 강도에 대해서 평가했다.
<실시예 2-1>
웨이퍼(W)는, 실시 형태에 나타낸 도포액을 도포한 후, 용제 휘발 공정에서, 웨이퍼(W)를 150℃에서 3분 가열하고, 그 후 리플로우 공정을 행하지 않고, 자외선 조사 공정을 행했다. 계속되는 큐어 공정에서는, 열처리로 내에서, 수증기를 공급한 상태에서, 400℃에서 30분, 450℃에서 120분의 2단계의 가열을 행한 후, N2 가스 분위기 하에서 450℃에서 가열했다. 또한 도포막의 목표 막 두께는 100nm로 했다.
<실시예 2-2, 2-3>
용제 휘발 공정에서의 웨이퍼(W)의 가열 온도를 200℃, 250℃로 설정한 것을 제외하고 실시예 2-1과 마찬가지로 처리한 예를, 각각 실시예 2-2 내지 2-3으로 했다.
실시예 2-1, 2-2 및 2-3에서의 상대적 에칭 레이트는, 각각 3.68, 2.74 및 2.74였다. 용제 휘발 공정에서의 웨이퍼(W)의 가열 온도를 높임으로써 보다 치밀하고 양호한 절연막을 얻을 수 있다고 할 수 있다.
[실시예 3]
또한 도포막의 표면에 치밀한 산화막을 형성함으로 인한 도포막의 산화의 억제를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행했다.
<실시예 3-1-1>
도 11에 도시한 기판 처리 시스템을 사용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 폴리실라잔 막을 성막하고, 그 후, 웨이퍼(W)를 150℃에서 30분간 가열했다. 이어서 질소 가스 분위기 하에서, 웨이퍼(W)에 40mW/cm2의 강도의 자외선을 도우즈양이 1000mJ/cm2가 되도록 조사했다. 계속해서 웨이퍼(W)를 캐리어(C)에 수납하여, 상온(25℃) 대기 분위기 하에서 1일 놔두기를 행하고, 그 후 웨이퍼(W)를 열처리 장치에 반송하여, 큐어 처리로서, 수증기 분위기 하에서, 400℃에서 3분간, 450℃에서 120분으로 가열한 예를 실시예 3-1-1로 했다. 또한 도포막의 목표 막 두께는 120nm로 했다.
<실시예 3-1-2, 3-1-3>
자외선의 도우즈양을, 2000mJ/cm2 및 3000mJ/cm2로 한 것을 제외하고, 실시예 3-1-1과 마찬가지로 처리한 예를 각각 실시예 3-1-2, 3-1-3으로 했다.
<실시예 3-2-1>
큐어 처리로서, 수증기 분위기 하에서, 400℃에서 3분간, 600℃에서 120분으로 가열한 것을 제외하고 실시예 3-1-1과 마찬가지로 처리한 예를 실시예 3-2-1로 했다.
<실시예 3-2-2 내지 3-2-4>
도포막에 조사하는 자외선의 도우즈양을, 2000mJ/cm2, 3000mJ/cm2 및 4000mJ/cm2로 한 것을 제외하고, 실시예 3-2-1과 마찬가지로 처리한 예를 각각 실시예 3-2-2 내지 3-2-4로 했다.
<비교예 3-1, 3-2>
도포막에 자외선을 조사하지 않는 것을 제외하고 실시예 3-1-1, 3-2-1과 마찬가지로 처리한 예를 각각 비교예 3-1, 3-2로 했다.
실시예 3-1-1 내지 3-2-4 및 비교예 3-1, 3-2 각각에 대해서, 0.5％ 희불산 용액에 대한 에칭 속도를 구하고, 열산화 처리에 의해 제작한 실리콘 산화막에서의 0.5％ 희불산 용액에 의한 에칭 속도에 대한 상대적 에칭 레이트를 구했다.
도 27은 이 결과를 나타내며, 실시예 3-1-1 내지 3-2-4 및 비교예 3-1, 3-2 각각에서의 상대적 에칭 레이트를 나타내는 특성도이다. 도 27에 도시하는 바와 같이 비교예 3-1, 3-2에서는, 상대적 에칭 레이트는, 4.12 및 3.05였지만, 실시예 3-1-1 내지 3-1-3, 실시예 3-2-1 내지 3-2-4의 어느 경우든 자외선의 도우즈양이 증가함에 따라, 상대적 에칭 레이트가 낮아져 있었다.
또한 큐어 처리에서의 온도를 600℃로 설정한 실시예 3-2-4에서의 상대적 에칭 레이트는 1 가까이까지 떨어지고, 큐어 처리에서의 온도를 450℃로 설정한 실시예 3-1-3의 경우에도 상대적 에칭 레이트는 2 정도까지 떨어졌다. 따라서, 도포막에 자외선을 조사하는 공정에서의 자외선의 도우즈양을 증가시킴으로써, 보다 에칭 강도가 높은 절연막을 얻을 수 있다고 할 수 있다. 또한 놔두기를 행한 경우에도, 큐어 처리에서의 온도가 낮은 경우에도 충분히 에칭 강도가 높은 절연막을 얻을 수 있다고 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하는 공정과,
    상기 도포막 중의 용매를 휘발시키는 용매 휘발 공정과,
    이 공정 후, 상기 전구체를 구성하는 분자단에 미결합손을 생성하기 위해서, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 상기 도포막에 에너지를 공급하는 에너지 공급 공정과,
    상기 도포막의 표면에, 도포막 중의 미결합손의 대기 분위기에 의한 산화를 억제하기 위한 보호막을 형성하는 공정과,
    그 후, 상기 기판을 가열하여, 상기 전구체를 가교시켜서 절연막을 형성하는 큐어 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막의 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 유기막인 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보호막을 형성하는 공정은, 상기 에너지 공급 공정을 제1 에너지 공급 공정이라 하면, 제1 에너지 공급 공정에 이어서, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 상기 도포막에 또한 에너지를 공급하는 제2 에너지 공급 공정과,
    제2 에너지 공급 공정 후, 도포막의 표면을 산화해서 보호막이 되는 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호막을 형성하는 공정에 이어서, 기판을 대기 분위기 중에 적재하는 공정을 포함하고, 계속해서 큐어 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용매를 휘발시키는 공정 후, 도포막 중의 분자단을 재배열하기 위해서 기판을 가열하는 리플로우 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에너지 공급 공정은, 상기 리플로우 공정 후, 기판의 온도를 강온시킨 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 절연막 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에너지 공급 공정이 행하여지는 저산소 분위기는, 산소 농도가 400ppm 이하인 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 저산소 분위기는, 불활성 가스를 포함하는 분위기인 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 에너지는, 주된 파장이 200nm보다도 짧은 자외선의 에너지인 것을 특징으로 하는, 절연막의 성막 방법.
  10. 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하기 위한 도포 모듈과,
    상기 도포막 중의 용매를 휘발시키기 위한 용매 휘발 모듈과,
    상기 전구체를 활성화시키기 위해서, 용매가 휘발된 도포막에 대하여, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 에너지를 공급하기 위한 에너지 공급 모듈과,
    상기 에너지가 공급된 도포막에 보호막을 형성하기 위한 보호막 형성 모듈과,
    각 모듈의 사이에서 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 보호막 형성 모듈은, 도포막의 표면에 유기막을 형성하는 유기막 형성 모듈인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 보호막 형성 모듈은, 상기 에너지 공급 모듈과 공통이며, 상기 에너지 공급 모듈은, 상기 전구체를 구성하는 분자단에 미결합손을 생성함과 함께, 도포막의 표면에 산화에 의해 치밀한 산화층이 되는 활성이 높아진 층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 용제 휘발 모듈은, 기판을 가열하는 용매 가열용 가열 모듈인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  14. 제10항에 있어서, 용매가 휘발된 도포막 중의 분자단을 재배열하기 위해서 기판을 가열하는 리플로우용 가열 모듈을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 에너지 공급 모듈은, 주된 파장이 200nm보다도 짧은 자외선을 도포막에 조사하기 위한 모듈인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  16. 기판을 반송 용기에 넣어서 반출입하기 위한 반출입 포트와, 산화 실리콘을 포함하는 절연막을 형성하기 위한 전구체를 용매에 용해시킨 도포액을 기판에 도포해서 도포막을 형성하기 위한 도포 모듈과, 상기 도포막 중의 용매를 휘발시키기 위한 용매 휘발 모듈과, 상기 전구체를 활성화시키기 위해서, 용매가 휘발된 도포막에 대하여, 대기보다도 산소 농도가 낮은 저산소 분위기에서 에너지를 공급하기 위한 에너지 공급 모듈과, 상기 에너지가 공급된 도포막에 보호막을 형성하는 보호막 형성 모듈과, 각 모듈 및 상기 반출입 포트의 사이에서 기판을 반송하기 위한 기판 반송 기구를 구비한 기판 처리 장치와,
    상기 기판 처리 장치에서 처리된 후의 기판을 가열하여, 상기 전구체를 가교시켜서 절연막을 형성하기 위한 열처리 장치와,
    상기 기판 처리 장치의 상기 반출입 포트와 상기 큐어 장치의 사이에서 상기 반송 용기를 반송하기 위한 용기 반송 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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